一种在TiAl合金中获得超细晶的热加工方法

本公开的实施例涉及金属间化合物，具体地，涉及适用于一种在tial合金中获得超细晶的热加工方法。

背景技术：

1、tial合金的密度约为4.0 g/cm2，仅为镍基高温合金的一半，具有优异的高温强度、抗蠕变性能和阻燃性能，是目前发现的唯一可在温度区间650-900 ℃范围内替代镍基高温合金制备航空发动机低压涡轮叶片、气门阀等重要部件的候选材料。更低的密度有效地减轻了飞机的重量，还提高了热机的工作效率。例如：日本川崎重工株式会社和大同特殊钢公司用熔模精密铸造方法生产的tial基合金叶轮比耐热合金叶轮达到110000 r/min的时间缩短约16%，达到170000 r/min所需的时间缩短26%，提高了最大转速，充分体现了tial基合金的比性能优势。日本京都大学新开发ti-47a1-fe-b合金车用整体精铸发动机，外径80 mm的增压涡轮，来替代铸造镍基高温合金，可使涡轮转子减重50%以上，使tia1金属间化合物涡轮增压的发动机节省启动时间，加速响应时间显著减少，排气阀耐久力测试结果表明稳定性良好。然而，tial合金具有本证脆性，主要相结构高度有序，原子扩散速率慢，在热加工过程中抑制了动态再结晶的充分发生，从而导致tial合金的热成形能力非常差，严重限制了其在航空航天以及汽车工业中的应用。

2、良好的热成形能力是制备板材、棒材和复杂形状结构件的重要前提。热成形的主要目的是细化晶粒、弥合缺陷、消除偏析等，从而提高合金结构件的力学性能。由于热成形能力不足，热加工窗口狭窄等问题，通过热加工手段在tial合金中获得组织均匀，晶粒细小的显微结构一直充满挑战。

技术实现思路

1、针对tial合金热加工窗口狭窄，难以获得均匀细小的等轴晶粒的难题，本发明设计了一种新型热加工工艺方法，通过耦合高温变形、胞状反应热处理和低温变形，成功在tial合金中获得均匀细小的等轴超细晶。其中胞状反应热处理是该工艺的关键步骤，要充分保证所有全片层组织全部转变为类珠光体，否则就得不到均匀的等轴超细晶。

2、具体的，根据本公开的内容，提供了一种在tial合金中获得超细晶的热加工方法，包括：

3、对tial合金样品进行高温热变形，使合金的组织发生充分的动态再结晶，获得具有等轴近γ组织的tial合金样品；

4、对所述具有等轴近γ组织的tial合金样品进行胞状反应热处理：将所述tial合金样品加热至α或α+β相区温度进行固溶处理后快速冷却；然后选择低于共析温度250 ℃的范围内进行时效处理后冷却，其中，所述时效处理的保温时间以合金的显微组织完全发生胞状反应，将全部片层组织转变为类珠光体为准；

5、选择低于所述高温热变形的处理温度200-400 ℃的温度对所述胞状反应热处理后的合金样品进行等温低速热变形处理，获得含有均匀的等轴超细晶的tial合金。

6、作为本公开的进一步说明，所述固溶处理后快速冷却的平均冷速不低于200 ℃/s。

7、作为本公开的进一步说明，所述时效处理后的冷却方式采用炉冷。

8、作为本公开的进一步说明，所述等温低速热变形处理过程中应变速率低于 10-3s-1。

9、与现有技术相比，本公开技术方案具有以下有益的技术效果：

10、（1）本发明将胞状反应热处理引入整个热加工工艺体系中，生成的类珠光体组织具有较低的动态再结晶温度，有效解决了从高温变形跨越到低温变形时tial合金开裂的问题，首次在tial合金中获得均匀细小的等轴超细晶组织，从而提高合金的力学性能，促进其在航空航天中的应用。

11、（2）本发明提出了tial合金的低温热加工工艺，经过胞状反应热处理后，合金的显微结构主要由类珠光体组成，利用其动态再结晶温度低的特点，便可实现tial合金的低温热加工。

12、上述说明仅是本申请实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

技术特征：

1.一种在tial合金中获得超细晶的热加工方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固溶处理后快速冷却的平均冷速不低于200 ℃/s。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时效处理后的冷却方式采用炉冷。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等温低速热变形处理过程中应变速率低于10-3 s-1。

技术总结本公开提供一种在TiAl合金中获得超细晶的热加工方法，包括：对TiAl合金样品进行高温热变形，获得具有等轴近γ组织的TiAl合金样品；对具有等轴近γ组织的TiAl合金样品进行胞状反应热处理。将TiAl合金样品加热至α或α+β相区温度进行固溶处理后快速冷却；然后选择低于共析温度250℃的范围内进行时效处理后冷却，其中，时效处理的保温时间以合金的显微组织完全发生胞状反应，将全部片层组织转变为类珠光体为准。选择低于高温热变形的处理温度200‑400℃的温度对胞状反应热处理后的合金样品进行等温低速热变形处理，获得含有均匀的等轴超细晶的TiAl合金。本发明通过耦合高温变形、胞状反应热处理和低温变形，成功在TiAl合金中获得均匀细小的等轴超细晶。技术研发人员：孙鹏,郑国明,李金山,唐斌受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20